基于左支座零件的工藝及工裝設計

摘 要 此次設計任務是對做支座零件的工藝及工裝設計 ， 在生產過程中，使生產對象（原材料，毛坯，零件或總成等）的質和量的狀態(tài)發(fā)生直接變化的過程叫 工藝過程，如毛坯制造，機械加工，熱處理，裝配等都稱之為工藝過程。 在制定工藝過程中，要確定各工序的安裝工位和該工序需要的工步，加工該工序的機車及機床的進給量，切削深度，主軸轉速和切削速度，該工序的夾具，刀具及量具，還有走刀次數(shù)和走刀長度，最后計算該工序的基本時間，輔助時間和工作的服務時間。選擇其關鍵工序之一進行專用夾具及加工用組合機床設計，并完成必要的設計計算。定位采用一 面一心軸的定位方式，采用這種方式完全能夠滿足精度要求。而且簡易方便，制造成本低，通用性好。由于支座體的生產量比較大，為了保證產品質量，提高加工效率，需要對其加工工藝進行優(yōu)化設計，并在關鍵工序使用組合機床或專用機床進行加工。 關鍵詞： 工藝規(guī)程；定位誤差；夾緊；加工余量；夾緊力 Abstract This design task is to do the support parts of the process and tooling design, Enable producing the target in process of production (raw materials, the blank, state of quality and quantity on part become always ) take place direck course of change ask craft course, it the blank is made, machining, heat treatment, assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing, this process, and entering the giving amount of the lathe, cut depth ,the rotational speed of the main shaft and speed of cutting , the jig of this process , the cutter and measuring tool , a one hundred sheets of number of time still leaves and a one hundred sheets of length leaves , calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally. chooses one of its critical processes to carry on the unit clamp and the processing with the aggregate machine-tool design, and completes the essential design calculation. The localization uses a spindles locate mode, to select this method definitely to be able to satisfy the accuracy requirement. Moreover simple convenient, the production cost is low, the versatility is good. Because the support bodys productivity is quite big, for the quality assurance, raises the processing efficiency, needs to carry on the optimization design to its processing craft, and carries on the processing in the critical process use aggregate machine-tool or the special purpose machine. Key words :Technical instruction； position error； clump； the surplus of processing； clamp strength 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1 本課題的研究內容和意義 1 1.2 國內外的發(fā)展概況 1 1.3 本課題應達到的要求 2 2 零件的三維造型 3 3 車床左支座零件的分析及毛坯的確定 6 3.1 車床左支座的作用和工藝分析 6 3.1.1 零件的作用 6 3.1.2 零件的工藝分析 6 3.2 零件毛坯的確定 7 3.2.1 毛坯材料的制造形式及熱處理 7 3.2.2 毛坯結構的確定 7 4 左支座的加工工藝設計 9 4.1 基準的選擇 9 4.2 工藝設計過程中應考慮的主要問題 10 4.2.1 加工方法選擇的原則 10 4.2.2 加工階段的劃分 10 4.2.3 加工順序的安排 10 4.2.4 工序的合理組合 11 4.3 左支承座的工藝路線分析與制定 12 4.3.1 工序順序的安排的原則 12 4.3.2 工藝路線分析及制定 12 4.4 機械加工余量 14 4.4.1 影響加工余量的因素 14 4.4.2 機械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的確定 15 4.5 確定切削用量及基本工時 17 4.5.1 工序一 粗銑 80H9 (+00.087)mm 孔大端端面 17 4.5.2 工序二 粗鏜 80H9（ +00.087） mm 內孔 20 4.5.3 工序三 精銑 80H9（ +00.087） mm 大端端面 20 4.5.4 工序四 精鏜 80H9（ +00.087） mm 內孔 22 4.5.5 工序五 鉆削 4-13mm 的通孔，锪沉頭螺栓孔 4-20mm22 4.5.6 工序六 鉆削 21mm 的通孔，擴、鉸孔 25H7(+00.021)mm， 锪削 38mm的沉頭螺栓孔 24 4.5.7 工序七 锪削沉頭螺栓孔 43mm 26 4.5.8 工序八 鉆削 M8-7H 的螺紋底孔 26 4.5.9 工序九 銑削尺寸為 5mm 的縱槽 27 4.5.10 工序十 鉆削 M10-7H 的螺紋底孔 27 4.5.11 工序十一 銑削尺寸為 5mm 的橫槽 28 4.5.12 工序十二 攻螺紋 M8-7H 和 M10-7H 28 5 專用夾具設計 30 5.1 鉆夾具設計 30 5.1.1 定位基準的選擇 30 5.1.2 切削力及夾緊力的計算 31 5.1.3 誤差分析與計算 31 5.1.4 夾具設計及操作的簡要說明 31 5.2 銑夾具設計 31 5.2.1 定位基準的選擇 31 5.2.2 設計步驟 31 6 結論與展望 34 6.1 結論 34 6.2 不足之處及未來展望 34 致 謝 35 參考文獻 36 附 錄 37 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和意義 畢業(yè)設計是高等院校學生在學完了大學所有科目，進行了生產實習之后的一項重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。畢業(yè)設計主要培養(yǎng)學生綜合運用所學的知識來分析處理生產實際問題的能力，使學生進一步鞏固大學期間所學的有關理論知識，掌握設計方法，提高獨立工作的能力，為將來從事專業(yè)技術工作打好基礎。 另外，這次畢業(yè)設計也是 大學期間最后一項實踐性教學環(huán)節(jié)。通過本次畢業(yè)設計，應使學生在下述各方面得到鍛煉： 1、 培養(yǎng)學生運用機械制造工藝學及有關課程的知識，結合生產實習中學到的實踐知識，獨立的分析和解決工藝問題。 2、 能夠根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計，提高結構設計能力。 3、 進一步培養(yǎng)學生的識圖，制圖，運算和編寫技術文件等基本技能。 4、 熟練的運用機械制造基礎、機械制造技術和其他有關課程中的基本理論，以及在生產實習中所學到的實踐知識，正確的分析和解決某一個零件在加工中 基準的選擇、工藝路線的擬訂以及工件的定位、夾緊，工藝尺寸確定等問題，從而保證零件制造的質量、生產率和經濟性。 5、 能比較熟練的查閱和使用各種技術資料，如有關國家標準、手冊、圖冊、規(guī)范等。 6、 在設計過程中培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和獨立工作的能力。 1.2 國內外的發(fā)展概況 隨著機械設計自動化的不斷發(fā)展， CAD/CAE/CAM 一體化軟件層出不窮。 Pro/E 也是其中比較出名的一種軟件之一。此類軟件的應用使得 左支座零件 能夠的得以提高應用。近年來經濟和技術發(fā)展很快，與五六十年代相比，機械制造業(yè)發(fā)生 了很大的變化，各種柔性化設備和加工系統(tǒng)，如數(shù)控機床、加工中心積極柔性化制造系統(tǒng)等應運而生，而且速度發(fā)展。作為與上述柔性化設備和加工系統(tǒng)相配套使用的工藝裝備，也必須具備高的柔性，以適應循序更換產品的需要。因此， 左支座零件 除應用在原有場合外，又開辟了新的應用領域 。 當今世界正在發(fā)生的深刻變化，對制造業(yè)產生了深刻的影響，制造過程和制造工藝也有了新的內涵。傳統(tǒng)制造業(yè)不斷吸收 電子信息、計算機、機械、材料以及現(xiàn)代管理技術 等方面的最新 技術 成果，并將 先進的制造技術 綜合應用于產品開發(fā)與設計、制造、檢測、管理及 營銷 服務的制造全 過程 ，實現(xiàn)優(yōu)質、高效、清潔及靈活生產，即實現(xiàn)自動化生態(tài)化、信息化生產 。 21 世紀的制造業(yè)呈現(xiàn)出高技術化、信息化、綠色化、極端化、服務增值等特點和趨勢。 1.3 本課題應 達到的要求 機械制造工藝學課程設計是在我們大學基礎課，技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后 進行的。這是我們進行課程設計之前對所學課程的一深入的綜合性的連接，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練。在畢業(yè)設計中，學生應獨立承擔一部分比較完整的設計任務，發(fā)揮學生主觀能動性，創(chuàng)造性和積極性，注重培養(yǎng)學生獨立的工作能力和解決問題的能力。因此，它在我的大學學習生活中占有 十分重要的地位。 這次設計我們能綜合運用機械制造基礎中的基本理論，并結合生產實習中學到的實踐知識，獨立地分析和解決了零件機械制造工藝問題，在老師和同學的幫助下，我對夾具，機床，刀具的的結構和工作原理有了更深的了解，不知不覺中我的圖紙分析、結構設計能力都得到了提高，為今后的畢業(yè)設計及未來從事的工作打下了良好的基礎。 通過畢業(yè)設計要達到的幾點基本要求： 具有工程繪圖能力。 具有獨立操作機床、加工相應難度零件的能力。 具有進行方案論證，分析比較、制定加工方案和檢驗研究方案的能力。 具有獨立調查研究，查閱收集和綜合文 獻資料的能力。 具有總結提高，撰寫報告、技術總結或設計說明的能力。 2 零件的三維造型 對于零件的三維造型，首先需要分析 CAD 二維零件圖紙，想象出零件空間結構。再根據(jù)具體尺寸利用 CAD 軟件繪制零件三維造型。 圖 2.1 左支座零件圖 圖 2.2 左支座三維圖 1. 首先草繪一個 140x140 方框，并將四個角倒圓角，然后拉伸得到如圖 2.3 所示。 2. 反向拉伸出 2 個定位銷空和 4 個沉頭螺栓孔可以得到如圖 2.4 所示。 圖 2.3 草繪方框 圖 2.4 底座打孔 3. 另選個表面草繪圖，然后拉伸，得到如圖 2.5 所示。 4. 另選個表面繪制圓并拉伸，得到如圖 2.6 所示。 圖 2.5 草繪三維圖 圖 2.6 圓柱 5. 將圖 2.5 和 2.6 合并并打孔，得到如圖 2.7 所示。 圖 2.7 零件耳打孔 圖 2.8 反向拉伸出左側沉頭孔 6. 反向拉伸出 43mm 右側沉頭孔，得到如圖 2.8 所示。 7. 反向拉伸出右側 25mm 孔和 38mm 沉頭孔，得到如圖 2.9 所示。 8. 將圖 2.9 和圖 2.4 合并，得到如圖 2.10 所示。 圖 2.9 反向拉伸出右側的孔和沉頭孔 圖 2.10 兩件組合圖 9. 選擇底座下表面為基準繪制一圓，然后反面拉伸，得到如圖 2.11 所示。 10.繪出 5mm 的橫槽和 5mm 的縱槽，得到如圖 2.12 所示。 圖 2.11 反向拉伸出 80mm 大孔 圖 2.12 繪出橫槽和縱槽 11.將圖 2.12 攻螺紋 M8-7H 和 M10-7H，得到如圖 2.13 所示。 12.利用 render(渲染命令 ) 渲染出具有真實感的零件效果圖。 圖 2.13 左支座零件三維圖 圖 2.14 左支座零件渲染效果圖 3 車床左支座零件的分析及毛坯的確定 在實際生產中，由于零件的生產類型、材料、結構、形狀、尺寸和 技術要求等不同，針對某一零件，往往不是單獨在一種機床上，用某一種加工方法就能完成的，而是要經過一定的工藝過程才能完成其加工。因此，不僅要根據(jù)零件的具體要求，結合現(xiàn)場的具體條件，對零件的各組成表面選擇合適的加工方法，還要合理地安排加工順序，逐步地把零件加工出來。對于某個具體零件，可采用幾種不同的工藝方案進行加工。雖然這些方案都可以加工出來合格的零件，但從生產效率和經濟效益來看，可能其中有種方案比較合理且切實可行。因此，必須根據(jù)零件的具體要求和可能的加工條件等，擬訂較為合理的工藝過程。 機械加工工藝是實現(xiàn)產品設 計，保證產品質量，節(jié)約能源，降低消耗的重要手段，是企業(yè)進行生產準備，計劃調度，加工操作，安全生產，技術檢測和健全勞動組織的重要依據(jù)，也是企業(yè)上品種，上質量，上水平，加速產品更新，提高經濟效益的技術保證。 3.1 車床左支座的作用和工藝分析 3.1.1 零件的作用 題目所給的零件是機床上的一左支座，它用螺釘通過 4 13mm孔連接于機架上，4 10mm是定位銷孔， 底板 4 20mm大孔是固定支座的沉頭螺栓孔，該零件縱橫兩方向上 5mm的槽使 80mm耳孔部分有一定的彈性，利用一端帶 M20螺紋（穿過于 21mm孔）一端于 25H7配合的桿件通過旋緊，便裝在 80H9孔內的心軸定位并夾牢， 松 開螺栓后軸桿可轉動或者滑動 , 也可利用夾緊程度不同來調節(jié)孔與軸的間隙。 3.1.2 零件的工藝分析 該零件材料為 HT200，球墨鑄鐵，該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減振性，適用于承受較大的壓力，要求耐磨的零件。 左支座共有兩組加工表面 ,它們互相之間有一定的位置要求 ,現(xiàn)分別敘述如下 : （一）以 80H9(+00.087)mm 內孔為中心的加工表面。加工表面包括 : 80H9(+00.087)mm孔的大端面 A 面以及大端的內 圓倒角， 80H9(+00.087)mm 的大端端面有表面粗糙度的要求為： Ra=3.2m，且 對 80H9(+00.087)mm 孔的軸心線有垂直度要求為 :0.03mm， 四個13mm 的底座通孔和四個 20 的沉頭螺栓孔 ,以及兩個 10 的錐銷孔 ,螺紋 M8-7H 的孔以及 5(-02)mm 的縱槽，其中主要加工表面為 80H9(+00.087)mm。 （二）以 25H7(+00.021)mm 的孔加工中心的表面：這一組加工表面包括 21mm 的通孔和 38mm 的沉頭螺栓孔以及 43mm 的沉頭孔 ,螺紋 M10-7H 的底孔以及尺 寸為5(-02)mm 的橫槽，主要加工表面為 25H7(+00.021)mm。 加工的是 10 的錐銷孔是 1.6um 的粗糙度要求。其要求比較高，直徑也比較小，直接鉆不能達到其精度要求，在這里可采取鉆 -精鉸的加工方法。 由上述分析可知，對于以上兩組加工表面 ,可以先加工其中一組，然后再借助于專用夾具加工另一組加工表面，并且保證其位置精度。 3.2 零件毛坯的確定 3.2.1 毛坯材料的制造形式及熱處理 （一）該零件材料為 HT200，考慮到零件在工作時要有高的耐磨性，所以選擇鑄鐵鑄造。毛坯的制造方法主要有以下 幾種： 1、 型材 2、 鍛造 3、 鑄造 4、 焊接 5、 其他毛坯。根據(jù)零件的材料，推薦用型材或鑄件，但從經濟方面著想，如用型材中的棒料，加工余量太大，這樣不僅浪費材料，而且還增加機床，刀具及能源等消耗，而鑄件具有較高的抗拉抗彎和抗扭強度，沖擊韌性常用于大載荷或沖擊載荷下的工作零件。 故可以采取金屬模機械砂型鑄造成型，這樣有助于提高生產率 ,保證加工質量。 灰鑄體一般的工作條件： （ 1） 承受中等載荷的零件。 （ 2） 磨檫面間的單位面積壓力不大于 490KPa。 （二） 灰鑄鐵（ HT200）中的碳全部或大部分以片狀石墨方式存在鑄鐵中，由于 片狀石墨對基體的割裂作用大，引起應力集中也大；因此，使石墨片得到細化，并改善石墨片的分布，可提高鑄鐵的性能。可采用石墨化退火，來消除鑄鐵表層和壁厚較薄的部位可能出現(xiàn)的白口組織（有大量的滲碳體出現(xiàn)），以便于切削加工。 3.2.2 毛坯結構的確定 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件。又由題目已知零件的年生產綱領 500 件 /年。由 機械加工工藝手冊 可知，其生產類型為中批生產。毛坯的鑄造方法選用金屬模機械砂型鑄造成型。又由于支座零件 80 孔需鑄出，故還應安放型芯，此外，為清除殘余應力，鑄造后應安排人工時效。 由機械加工工 藝手冊可知，該種鑄件的尺寸公差等級 CT 為 8 10 級，加工余量等級 MA 為 G 級，故選取尺寸公差等級 CT 為 10 級，加工余量等級 MA 為 G 級。 鑄件的分型面選擇通過從基準孔軸線，且與側面平行的面。澆冒口位置分別位于 80孔的上頂面。 由機械加工工藝手冊用查表法確定參考面的總余量如表 3-1 所示。 表 3-1 各加工表面總余量（單位： mm） 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 加工余量 說明 A 面 140 G 4.0 底面，單側加工 80 孔 80 H 5.0 孔降 1 級大側加工 由 機械加工工藝手冊 可知鑄件主 要尺寸的公差，如表 3-2 所示 。 表 3-2 毛坯主要尺寸及公差（單位： mm） 主要尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差 CT A 面中心距尺寸 100 4.0 104 3.2 80 孔 80 5.0 75 1.6 4 左支座的加工工藝設計 4.1 基準的選擇 （ 1） 粗基準的選擇 余量均勻原則 在很多工件上有一些重要的表面，加工這些表面時希望它們被切去均勻的余量。 保證不加工面位置正確的原則 工件上若有一些不加工的表面，它們與加工面之間也要求有一個正確的位置關系，這些位置關系有時并不直接 標注在圖樣上，但是經過分析從圖面上可以看出來，如果不注意它們，將會影響到零件的美觀甚至零件的使用性能。 粗基準只能有效使用一次的原則 因為粗基準本身都是未經機械加工的毛坯表面，其精度和表面粗糙度都較差，如果在某一個（或幾個）自由度上重復使用粗基準，則不能保證兩次裝夾下工件與機床、刀具的相對位置一致，因而使得兩次裝夾下加工出來的表面之間位置精度降低。 粗基準平整光潔，定位可靠的原則 粗基準雖然是毛坯表面，但應當盡量平整光潔，無飛邊，不應當選毛坯分型面或分模面所在的表面為粗基準。 （ 2）精基準的選 擇 基準重合原則 應當盡量使定位基準與設計基準相重合，以避免因基準不重合而引起定位誤差。 基準統(tǒng)一原則 在零件加工的整個工藝過程中或者有關的某幾道工序中盡可能采用同一個 (或一組 )定位基準來定位，稱為基準統(tǒng)一原則。 自為基準原則 當精加工或光整加工工序要求余量小而均勻，應選擇加工表面作為基準，稱為自為基準原則。 互為基準原則 對于相互位置精度要求很高的表面，可以采用基準反復加工的方法，這稱為互為基準原則。 便于裝夾原則 所選精基準應能保證工件定位準確、穩(wěn)定，夾緊方便可靠。精基準應該是精度較 高、表面粗糙度較小、支撐面積較大的表面。 精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題，當設計基準與工序基準不重合的時候，應該進行尺寸換算。 80 孔和 A 面既是裝配基準，又是設計基準，用它們做精基準，能使加工遵循 “ 基準重合 ” 的原則，其余各面和孔的加工也能用它定位，這樣使工藝規(guī)程路線遵循了 “ 基準統(tǒng)一 ” 的原則。此外， A 面的面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也 比較簡單、可靠，操作方便。 由于生產類型為中批生產，故應該采用萬能機床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率，除此之外還應降低生產成本。 （ 3）輔助基準的選擇 選 擇輔助基準時應盡可能使工件安裝定位方便，便于實現(xiàn)基準統(tǒng)一，便于加工。 4.2 工藝設計過程中應考慮的主要問題 4.2.1 加工方法選擇的原則 （ 1） 所選加工方法應考慮每種加工方法的經濟、精度要求相適應。 （ 2） 所選加工方法能確保加工面的幾何形狀精度，表面相互位置精度要求。 （ 3） 所選加工方法要與零件材料的可加工性相適應。 （ 4） 加工方法要與生產類型相適應。 （ 5） 所選加工方法企業(yè)現(xiàn)有設備條件和工人技術水平相適應。 4.2.2 加工階段的劃分 為保證零件加工質量和合理地使用設備、人力，機械加工工藝過程 一般可分為一下幾個階段： （ 1） 粗加工階段 主要任務是切除毛坯的大部分加工余量，使毛坯在形狀和尺寸上盡可能接近成品。因此，此階段應采取措施盡可能提高生產率。 （ 2） 半精加工階段 完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做好準備。 （ 3） 精加工階段 保證各主要表面達到圖樣的全部技術要求，此階段的主要目標是保證加工質量。 （ 4） 光整加工階段 對質量要求很高的表面，應安排光整加工，以進一步提高尺寸精度和減少表面粗糙度。但一般不能用以糾正形狀誤差和位置誤差。 通過劃分加工階段： 可以逐步消除粗加工因余量大 、切削力大等因素造成的加工誤差，保證加工質量。 可以合理使用機床設備。 便于安排熱處理工序，使冷熱加工工序配合得更好。 可以及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷，及時修補或決定報廢，以免因繼續(xù)盲目加工而造成工時浪費。 4.2.3 加工順序的安排 零件的加工順序包括切削加工順序、熱處理先后順序及輔助工序。在擬定工藝路線時，工藝人員要全面地把切削加工、熱處理和輔助工序三者一起加以考慮。 （一） 機械加工順序的安排原則 基面先行 先主后次 先粗后精 先面后孔 有些表面的最后精加工安排在部裝或總裝工程中進行，以保 證較高的配合精度。 （二）熱處理工序的安排 熱處理工序在工藝路線中的位置安排，主要取決于零件材料及熱處理的目的。 預熱處理的目的是改善材料的切削工藝性能、消除殘余應力和為最終熱處理作好組織準備。正火和退火常安排在粗加工之前，以改善切削加工性能和消除毛坯的殘余應力：調質一般安排在粗加工和半精加工之間進行，為最終熱處理作好組織準備：時效處理用以消除毛坯制造和機械加工中生產的內應力。 最終熱處理的目的是提高零件的強度、表面硬度和耐磨性及防腐美觀等。淬火及滲碳淬火、氰化、氮化等安排在精加工磨削之前進行；由于調質后零 件的綜合機械性能較好，對某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理，其工序位置安排在精加工之前進行；表面裝飾性鍍層、發(fā)藍處理，安排在機械加工完畢后進行。 （三）輔助工序的安排 輔助工序主要包括：檢驗、清洗、去毛刺、去磁、到棱邊、涂防銹油及平衡等。其中檢驗工序是主要的輔助工序，是保證產品質量的主要措施。除各工序操作者自檢外，在關鍵工序之后、送往外車間之前、粗加工結束之后，精加工之前、零件全部加工結束之后，一般均安排檢驗工序。 4.2.4 工序的合理組合 確定加工方法以后，就按生產類型、零件的結構特點、 技術要求和機床設備等具體生產條件確定工藝過程的工序數(shù)。確定工序數(shù)的基本原則： （ 1） 工序分散原則 工序內容簡單，有利選擇最合理的切削用量。便于采用通用設備。簡單的機床工藝裝備。生產準備工作量少，產品更換容易。對工人的技術要求水平不高。但需要設備和工人數(shù)量多，生產面積大，工藝路線長，生產管理復雜。 （ 2） 工序集中原則 工序數(shù)目少，工件裝，夾次數(shù)少，縮短了工藝路線，相應減少了操作工人數(shù)和生產面積，也簡化了生產管理，在一次裝夾中同時加工數(shù)個表面易于保證這些表面間的相互位置精度。使用設備少，大量生產可采用高